6 Систолические массивы

Достижения микроэлектроники позволяют размещать на одном кристалле большое количество простых ПЭ. Скорости срабатывания ПЭ велики, поэтому возрастает сложность создания коммутационных сетей, связывающих ПЭ. В некоторых специализированных ВС отсутствуют коммутаторы. Массивы ПЭ с непосредственными соединениями между близлежащими ПЭ называются систолическими. Такие массивы очень эффективны, но каждый из них ориентирован на решение узкого класса задач.

7 Однородные системы и среды

В основе построения таких систем лежат три принципа: параллельность операций, переменность логической структуры, конструктивная однородность элементов и связей между ними.

Первый принцип основан на аксиоме параллельности задач и алгоритмов: всякая сложная задача может быть представлена в виде связанных между собой простых подзадач и для любой задачи может быть предложен параллельный алгоритм.

Второй принцип основан на аксиоме переменности логической структуры: процесс решения сложной задачи может быть представлен некоторой структурной моделью, включающей в себя подзадачи и связи между ними. Это означает, что для каждой сложной задачи можно

предложить соответствующую структуру из обрабатывающих элементов,

связанных между собой определенным образом. Третий принцип основан на аксиоме конструктивной однородности элементов и связей: все простые задачи получаются путем деления сложной задачи на части, а поэтому все эти простые задачи примерно одинаковы по объему вычислений и связаны между собой одинаковыми схемами обмена.

Такая однородная вычислительная система должна решать задачи неограниченной сложности и объема при высокой надежности и готовности, унифицированности связей между ними и легкостью перестройки системы.

Пример однородной системы

Рис.7.1.

Система имеет программируемую макроструктуру. Число элементарных процессоров (ЭП) в системе не фиксировано и может определяться классом решаемых задач.

Структурную единицу системы составляет ЭП, который включает в себя вычислительный модуль (ВМ) и модуль связи (МС).

Каждый ЭП связан с четырьмя соседними и взаимодействует они с помощью двух типов связей: 1 и 2 обеспечивающие полудуплексную работу. Связи типа 1 используются для пересылки данных между ОЗУ передающей ВМ и одного или нескольких принимающих ВМ и обмена логическими переменными между элементарными процессорами. Связи типа 2 являются вспомогательными - они используются для программирования соединений между элементарными процессорами по линиям типа 1, а также для передачи управляющей информации, обеспечивающей использование общих ресурсов - ПУ, файлов, программ и т.д.

Связи между ВМ и МС в пределах одного ЭП- дуплексные и используются для обмена информацией с периферийными устройствами.

Важная особенность однородной системы: программирование ее структуры - настройка с помощью специальных регистров настройки, входящих в состав МС. Содержимое этих регистров может быть изменено либо собственным вычислительным модулем, либо ВМ любого другого ЭП.

Однородные вычислительные системы - системы общего назначения, работают в автоматизированных системах управления технологическими процессами.

Развитием однородных вычислительных систем являются однородные вычислительные среды, которые представляют собой в общем случае n- мерную решетчатую структуру. В частном случае это двухмерная структура из квадратных клеток. Каждая клетка соединяется м четырьмя соседними. Между двумя соседними клетками проходят два канала настройки и один канал передачи рабочей информации.

Рис.7.2.

Каждый элемент однородной вычислительной среды состоит из коммутационных и функциональных компонентов .Функциональный компонент реализует полную систему логических функций. Коммутационные и функциональные компоненты позволяют путем соответствующей настройки при достаточном их числе реализовать любую структуру.